工業機器人廠主攻半導體 無塵室AMR如入無人之境

作者: 吳心予
2021 年 08 月 05 日

半導體產業在自動化較為成熟的前提下,具備產品附加價值高,可接受的設備成本空間較大,且勞力需求旺盛,因而成為率先導入自主移動機器人(AMR)的領域,工業機器人廠商推出相對應的解決方案。此外,AMR比傳統機器人更靈活,因此可應用範圍廣,成為走出工廠的工業機器人,在醫療、娛樂等場景的應用值得期待。

工廠方面,人機協作、與現有產線整合,都是AMR落地所需的條件,因此廠商透過視覺系統、安全機制、模擬軟體、共用開發平台等形式,促使AMR快速布建、能精準完成工作,並確保協作人員的安全。面對特定環境,如無塵室應用,AMR能在安全、穩定、彈性的基礎上,增加符合無塵及靜電等級,滿足其應用需求,減少低附加價值的人力工作。AMR的智慧化與泛用特性,可說在後疫情時代,翻開自動化進展的新篇章。

多元產業導入AMR

工業、醫療、娛樂等領域都走向自動化,結合AMR的靈活與泛用性,為各行各業提供方便、彈性的解決方案。透過機器人完成高度重複或者重量負擔大的工作,提升人力的效率與附加價值,也能減少疫情之下的群聚風險,以及可能的缺工風險,甚至降低勞力成本。

台灣發那科Robot營業部經理陳孟弘(圖1)認為,受到疫情影響,跟現場人員比起來,不受病毒威脅的AMR會受到更大的重視。AMR相較傳統的自動化專用機,是泛用型的自動化裝置,與傳統大型的專用機相比,泛用型的設備會有更好的發展。以快速導入到不同的應用場域,縮短自動化初期的開發時間,雖然因疫情影響原物料不足、空運/航運延遲,工業機器人的交期也比過去長,仍是備受矚目的工業設備。

圖1 台灣發那科Robot營業部經理陳孟弘

ABB已在上海的機器人工廠中,導入AGV及AMR協助機器手臂製造。ABB機器人及離散自動化事業部副總經理蔡景淳(圖2)說明,傳統的產線都是流水線,會碰到很多瓶頸,並會一邊工作一邊解決瓶頸。而瓶頸的成因是特定工位、製程的設備特別昂貴,因此廠商沒有購買。然而應用AGV跟AMR可以滿足多樣化的生產需求,在新產品需要大量客製化的情境下,可以讓工廠設計更彈性,坪效也會提升。

圖2 ABB機器人及離散自動化事業部副總經理蔡景淳

AMR也能應用在特殊場景,台灣庫卡業務經理李仁傑(圖3)提及,AMR跟AGV可以協助飛機機體組裝,例如將飛機的機殼輸送到同一個地方組合。此外,不適合人力進入的危險環境,如拆除歐洲的廢棄核電廠,便由庫卡研發的耐輻射機器人執行。娛樂市場也能觀察到AMR潛力,人們可以戴上VR,再乘坐機器手臂,即可體驗身歷實境的活動。用於虛擬實境的機械手臂可以一次承受三個人的重量,且安全性高。其他包含電子業、健康產業也陸續導入AMR,可預期機械手臂的智慧化程度將不斷提升,也更能貼近使用者需求。

圖3 台灣庫卡業務經理李仁傑

AMR/AGV分工合作

移動式機器人從AGV進展到AMR,AMR高度智慧化的特性,有助於工廠提升自動化程度,而考量到同一工廠內有不同情境的應用需求,以及現階段AMR成本較高,多數工廠選擇AGV搭配AMR的運作模式,由AGV執行簡易、固定的搬運工作,路線複雜且流程繁瑣的工作則交由AMR執行。相比AGV,AMR最大的優勢在於功能不限於搬運,而是可以搭配機械手臂,完成傳統機器人無法執行的精細工作,且AMR移動搭配精準的視覺系統,除了不需要軌道,定位也更準確。

陳孟弘以半導體與物流的應用舉例說明,即使半導體產業的自動化布建已經成熟,AMR仍是具有突破性的應用,促使工廠內站跟站之間的運輸更彈性。部分物流業則只需要AGV,因為站跟站之間標準一致,例如高度固定,AGV只要做固定的動作,即可搬運物品。但是如果站點之間高低不一,有的物品AGV接得到,有些會接不到。而AMR連接機械手臂,只要取物與置物點的高度在手臂可活動的範圍內,都可以順利移動物品。

移動位置方面,如果用雷達布建AGV,到達與取物的位置都不準確。AMR則可以加上機器人視覺系統,做到位置補償,同時能夠執行條碼辨識、產品種類分辨、除錯、重複確認產品等工作。且AMR搭配機械手臂,除了能完成複雜度較高的工作,也可以根據需求轉動機械手臂進行多方向移動。

落地考量人機協作

雖然AMR具備種種優勢,能夠大幅提升工廠自動化程度,但是實際落地時,需要考量到原有產線的流程,以及設備相容性等問題。蔡景淳分析,規畫導入整合AMR及機械手臂方案的客戶,大多看中AMR在整合機器手臂後能帶來的製程彈性,這類客戶經常來自於附加價值高的產業。由於所生產的產品附加價值高,廠商需要縮短導入新設備的時間,並盡可能減少對原有生產流程的影響。因此ABB透過機械手工程軟體RobotStudio,結合數位分身技術優化製程,降低導入成本,提升導入效率。此軟體可用於線下仿真模擬,優化複雜的移動路徑,同時情境模擬工業機器人的自動化生產線,也可以在線上即時修改程式路徑、設定與維護,提升工業機器人的導入效率與穩定性,大幅降低停機風險帶來的成本。

硬體方面,半導體產業中的晶圓代工、封裝測試,以及3C電子業、面板這類附加價值高的產業,多會期望在既有的生產基地導入方案,受限於場地,機器人需要與人在同一個環境中工作,因此客戶希望導入的方案能夠符合人機協作規範。為此ABB與友達合作,開發符合台灣人機協作法規的AMR產品,由於AMR穿梭於廠內各個工作站點,無法完全透過硬體圍籬來保護接近的人員或物件,因此機械手臂是否具備協作、碰撞保護的功能、介面是否容易編程,是重要的效能指標。

AMR落地順利與否,取決於協作性是否足夠。當AMR進入工廠內,需要與現有產線上的設備、人員協作,才能實現高效率、順暢且符合成本效益的自動化目標。為了確保AMR應用的符合需求,並且能穩定運作,以無塵室為例,庫卡便推出四種以上的解決方案。庫卡電子業產業副總陳自榮說明,由於半導體製程專業度高,因此由客戶向AMR廠商提出需求,再由廠商著手研發。在無塵室的應用中,AMR需要符合無塵及靜電等級,並透過同一個平台開發不同功能的AMR,完成無塵室中不同類型的工作。導入AMR可以執行中高度重複或其他低附加價值的工作,釋放工作人員的時間,可將人力投入到決策、分析等高附加價值的工作中。

圖4 庫卡電子業產業副總陳自榮 

疫情加速自動化時代來臨

病毒共存的疫後時代,鞭策工業加快自動化的腳步。產業內無不期待由AMR完成高度重複或高風險的工作,同時避免人力操作因疲憊而造成產品品質不一致的問題。AMR比AGV更智慧、靈活,讓機器人能彈性配合產線上客製化的產品,彈性完成搬運及其他較為精細的工作,並與操作人員協作,大幅提升坪效。與此同時,也能預期AMR走出工廠,進入到醫療、商場、餐廳等人們的日常生活中,擴大應用規模與場域,創造無限商機。

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